[发明专利]铝合金或镁合金薄壁复杂铸件用水溶性砂芯的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于航天航空材料技术领域，更具体地，涉及一种铝合金或镁合金薄壁复杂铸件水溶性砂芯的制备方法。

背景技术

在航天航空制造业中，为了减轻质量，提高飞机和航天器的结构强度和机动性能，越来越多地采用整体薄壁结构件，如飞机部件中的薄壁框、壁板、翼肋和发动机涡轮叶片等。相应地，对这些金属合金(譬如铝合金、镁合金)薄壁结构件的要求也非常苛刻，尤其是，当此类薄壁结构件带有复杂的内腔结构或细、弯、长的孔状结构而且其砂芯是组合砂芯时，会导致铸件的铸后清理工作非常困难，因而要求砂芯较高的溃散性能。

目前常用的薄壁结构件用组合砂芯包括树脂砂芯和水玻璃砂芯等。树脂砂芯具有较高强度，常被用来生产此类铸件，但树脂砂芯低温溃散难、发气大，易造成气孔、冷隔等铸造缺陷，而且有严重的环境污染问题；水玻璃砂是目前铸造生产中较为绿色环保的型砂，但在环境湿度下吸湿性很强，而且其应用于低温浇注时，部分温度区间内的溃散性能依然不理想，水溶效果较差，导致铸件铸后清理工作难，此外，以水玻璃砂作型砂，其旧砂再生较为困难。

为此，现有技术中已经提出采用水溶性硫酸盐砂芯来制备金属薄壁结构件的方案，当其研究应用仍处于起步阶段。例如，何家庆等提出了一种硫酸镁水溶芯，但其采用单一硫酸镁溶液为粘结剂，加入量较大且强度不高，而且高岭土的加入容易使砂芯发气增大；CN101391453A中公开了一种利用水玻璃砂制备的砂芯，但其在空气环境下吸湿性大、砂芯强度损失大，要求在极短时间内浇注，操作难度大，而且部分低受热温度区间内，水溶效果较差；此外，US7000680B中披露了以吹热空气的方式来制备硫酸镁水溶芯的方法，但其粘结剂加入量仍然较大，相应导致砂芯发气增大。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种铝合金或镁合金薄壁复杂铸件用水溶性砂芯的制备方法，其中通过对作为关键参与物的复合粘结剂的组分及配比进行研究设计，同时对砂芯制备工艺中的重要工艺参数进行改进，相应能够制得具备良好的常温强度、抗吸湿性和化学稳定性以及较低发气量的水溶性砂芯，特别是具有优异的铸后水溶溃散性，并且对铸件无损坏，对环境无污染，因而尤其适用于具有复杂内腔或细长孔结构的铝合金或镁合金薄壁复杂铸件的制芯用途及铸件的快速清理。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种铝合金或镁合金薄壁复杂铸件用水溶性砂芯的制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)复合粘结剂的加工步骤

在常温下，将七水硫酸镁和等离子水配制成质量百分比为20％～30％的硫酸镁水溶液，然后将一定量的十八水硫酸铝和添加剂加入至该硫酸镁水溶液中，并加热至60℃～80℃，由此制成复合粘结剂；其中所述添加剂选自磷酸铝或硼酸等，并且硫酸镁水溶液、十八水硫酸铝和添加剂之间的重量份数被设定为4～6：0.5～1：0～0.5；

(b)混合料芯砂的加工步骤

将铸造原砂在叶片式混砂机中预混均匀后，加入步骤(a)所制得的复合粘结剂，并再次执行混砂处理60秒～90秒，由此得到混合料芯砂；其中铸造原砂与复合粘结剂之间按照重量份数比被设定为100：4.5～7.5；

(c)微波加热步骤

将步骤(b)所得到的混合料芯砂放入制芯模具内压实，然后将其与模具一同放入微波环境中执行加热，最后取出脱模，由此获得所需的铝合金或镁合金薄壁复杂铸件用水溶性砂芯。

作为进一步优选地，在步骤(b)中，所述铸造原砂选自以下材料的一种或其混合物：大林擦洗砂、宝珠砂和都昌擦洗砂。

作为进一步优选地，在步骤(c)中，优选采用二次微波加热处理方式，即首先将压紧的混合料芯砂及模具一同放入微波炉中加热30秒～60秒，取出脱模获得具有初始硬度的砂芯；然后，将该砂芯再次放入到微波炉中加热50秒～120秒，由此获得所需的铝合金或镁合金薄壁复杂铸件用水溶性砂芯产品。

作为进一步优选地，在步骤(c)中，所述微波加热的工艺条件优选被设定为：微波加热功率大小随砂样大小变化，砂样重量100g～1000g时，微波加热功率为1KW～2KW，二次微波加热时间为初次加热时间35秒～45秒、再次加热时间50秒～60秒。